房屋抗震加固常用方法

田成福

摘要： 本文主要介紹了結(jié)構(gòu)抗震加固的先進(jìn)技術(shù)和一些常用方法，強(qiáng)調(diào)無(wú)論采用何種方法，都要根據(jù)結(jié)構(gòu)具體情況，遵循抗震設(shè)計(jì)原則，利用先進(jìn)理論和技術(shù)，強(qiáng)調(diào)整體性能，給予具體分析和處理。

關(guān)鍵詞： 抗震加固設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)原則整體性具體分析

1.前言

結(jié)構(gòu)抗震加固需兼顧結(jié)構(gòu)的安全、美觀、實(shí)用和耐久。近年來(lái)隨著抗震加固新技術(shù)、新材料和新工藝的出現(xiàn)，加固手段已發(fā)展成為多種方法并舉的局面，不僅如此，常規(guī)加固手段的具體細(xì)部構(gòu)造也較以往更為靈活和實(shí)用。

抗震加固按照加固的部位可分為整體房屋加固、區(qū)段加固、構(gòu)件加固和與結(jié)構(gòu)加固配套使用的相關(guān)技術(shù)，工程人員可根據(jù)鑒定的結(jié)果結(jié)合建筑功能改造選擇相應(yīng)的加固措施或修補(bǔ)技術(shù)。下面僅就抗震加固中的一些技術(shù)和方法加以介紹。

2.結(jié)構(gòu)抗震加固新技術(shù)

（1）減能技術(shù)（隔震）

如果地震作用能減小，結(jié)構(gòu)反應(yīng)就必然減小。假設(shè)某一結(jié)構(gòu)在8度地震時(shí)，只有抵抗7度地震作用的能力，如果采用某種方法，就能使地震作用減小到7度，甚至更低地震作用的水平，結(jié)構(gòu)便能達(dá)到與采用其他抗震加固方法相同的加固效果。我國(guó)規(guī)范中，地震作用與地震影響系數(shù)a成正比。地震影響系數(shù)a在我國(guó)新編抗震規(guī)范中按從地震影響系數(shù)曲線(xiàn)可看出，當(dāng)結(jié)構(gòu)周期增大時(shí)，地震作用減小。最有效地使結(jié)構(gòu)周期增大的方法是隔震技術(shù)，即使房屋上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)完全分開(kāi)，在分開(kāi)處放置隔震材料。最常用的隔震材料為疊合橡膠隔震墊，其作用是使地面水平地震加速度在隔震層處中斷，或使向上傳遞的地震加速度大大減小。在設(shè)計(jì)計(jì)算中，其表現(xiàn)形式是上部結(jié)構(gòu)周期加長(zhǎng)，因而地震作用減小，結(jié)構(gòu)反應(yīng)亦減小，從而達(dá)到抗震加固的目的。該方法的原理很簡(jiǎn)單，然而用于加固時(shí)的技術(shù)難度卻很大。首先必須將上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)完全切開(kāi)，并放入有一定阻尼的疊合橡膠墊。其必要條件是上部結(jié)構(gòu)整體性好，因此并非所有結(jié)構(gòu)都能用此方法進(jìn)行加固。目前國(guó)外已有采用此方法加固的建筑，如美國(guó)鹽湖城市政大樓（100年前建成的12層磚石結(jié)構(gòu)）。

（2）消能技術(shù)（增大阻尼）

如果結(jié)構(gòu)反應(yīng)在相對(duì)變形較大的部位，適當(dāng)布置阻尼器，使結(jié)構(gòu)阻尼加大，則地震作用必將會(huì)大幅度減少，從而使結(jié)構(gòu)反應(yīng)較小，達(dá)到抗震加固的目的。增設(shè)阻尼器后，結(jié)構(gòu)反應(yīng)減小，使結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足抗震要求，亦可達(dá)到抗震加固的目的。如果降低后的結(jié)構(gòu)處于彈性工作狀態(tài)，結(jié)構(gòu)將不會(huì)破壞；如果結(jié)構(gòu)不在彈性階段工作，就可用時(shí)程分析法求得結(jié)構(gòu)反應(yīng)。實(shí)踐證明，其反應(yīng)值也大大減小。

中國(guó)建筑科學(xué)研究院工程抗震研究所采用粘滯阻尼器加固了北京火車(chē)站中央大廳、北京飯店、北京展覽館、中國(guó)革命歷史博物館等大型公共建筑，有些工程加固后在大震作用下，層間位移值達(dá)1/390，處于接近彈性階段工作，收到了非常好的加固效果。

（3）增設(shè)剪力墻技術(shù)

結(jié)構(gòu)剛度增大，有兩個(gè)可能：一是剛度增大，結(jié)構(gòu)周期縮短，根據(jù)反應(yīng)譜方法，地震作用相應(yīng)增大：二是剛度增大，結(jié)構(gòu)變形減小，從而使內(nèi)力減小。兩者所起作用相反。因此，只要?jiǎng)偠热〉煤侠恚瑒t地震作用雖然增加，但結(jié)構(gòu)變形仍然減小。實(shí)踐證明，大多數(shù)結(jié)構(gòu)增設(shè)剪力墻后，將使結(jié)構(gòu)變形減小，這時(shí)，地震作用主要由剪力墻抵御，框架結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力與變形大大減小，從而達(dá)到抗震加固的目的。增設(shè)剪力墻加固技術(shù)，是常用抗震加固手段，中國(guó)建筑科學(xué)研究院工程抗震研究所采用此方法加固了全國(guó)政協(xié)禮堂、北京火車(chē)站、中國(guó)革命歷史博物館、農(nóng)展館等數(shù)十個(gè)大型公共建筑。

3.結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固方法的改進(jìn)

（1）磚砌體的混凝土板墻加固

砌體結(jié)構(gòu)的抗震加固主要是增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，提高墻體的抗震承載能力和變形能力。唐山地震以后，人們發(fā)現(xiàn)采用鋼筋混凝土外加柱連同圈梁和鋼拉桿一起加固砌體房屋是一種簡(jiǎn)便易行的方法，并很快在全國(guó)推廣。但近年來(lái)人們也意識(shí)到這一加固方法對(duì)建筑外觀和城市風(fēng)貌帶來(lái)的負(fù)面影響，因此逐漸采用混凝土板墻加固法取代傳統(tǒng)的加固方法?；炷涟鍓庸填?lèi)似于鋼筋網(wǎng)水泥面層加固，具有較大的靈活性。首先，可根據(jù)結(jié)構(gòu)綜合抗震能力指數(shù)提高程度的不等增設(shè)不同數(shù)量的混凝土板墻。板墻可設(shè)置為單面或雙面，甚至可在樓梯間部位設(shè)置封閉的板墻，形成混凝土筒。其次，采用混凝土板墻加固時(shí)，可根據(jù)業(yè)主的意圖采用“內(nèi)加固”或“外加固”方案。當(dāng)希望保持原有建筑風(fēng)貌時(shí)，可采用“內(nèi)加固”方案；當(dāng)需結(jié)合抗震加固進(jìn)行外立面裝修時(shí)，則可采用以“外加固”為主的方案。采用混凝土板墻加固可更好地提高磚墻的承載能力，控制墻體裂縫的開(kāi)展。此外，在板墻四周采用集中配筋形式取代外加柱、圈梁和鋼拉桿，提高墻體的延性性能和變形能力。這種處理方法對(duì)建筑外觀和內(nèi)部使用的影響很小。

（2）框架結(jié)構(gòu)的剪力墻加固

框架結(jié)構(gòu)的加固方法很多，但其中增設(shè)鋼筋混凝土剪力墻仍是一種主流方法。利用新增的剪力墻承擔(dān)主要的地震力，減小結(jié)構(gòu)的變形，降低框架柱的配筋構(gòu)造要求，從而使加固工作量大大減少。采用增設(shè)剪力墻加固時(shí)，需處理好新增墻體與原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接，如墻柱連接、墻梁連接。既要保證連接的可靠性，又要避免對(duì)原結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成過(guò)多的損傷。新設(shè)剪力墻需有暗柱和暗梁，設(shè)計(jì)時(shí)有兩種處理方法。

第一種方法是利用原結(jié)構(gòu)梁柱做其暗梁暗柱，這種方法不會(huì)對(duì)原有構(gòu)件造成損傷，但外包部分的混凝土?xí)绊懯覂?nèi)觀感和使用。近年來(lái)隨著鉆孔、植筋技術(shù)在結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域中的應(yīng)用，這一矛盾逐步得到解決。

第二種方法是新增墻體采用相對(duì)獨(dú)立的暗梁暗柱體系，這種方法的特點(diǎn)是在新增剪力墻的兩端設(shè)新暗柱（或稱(chēng)端柱），暗柱配筋按計(jì)算和現(xiàn)行規(guī)范構(gòu)造要求配置，暗柱與原框架柱間用錨筋相連，即似連非連的構(gòu)造措施?？拐饓ωQ向分布筋穿原框架梁時(shí)，其中一排筋從梁邊穿樓板直接伸入上一樓層，另一排豎向筋則在原框架梁位置按等強(qiáng)度原則等代，減少穿筋數(shù)量，從而減少對(duì)原框架梁的損傷。此外，在原框架梁上下各做一道暗梁，與原框架梁連接為一體，既增強(qiáng)了新增抗震墻的穩(wěn)定性，又保證了抗震墻的上下連續(xù)性。

（3）框架梁柱的加固

有時(shí)，由于受建筑使用功能的限制，無(wú)法采用剪力墻加固。消能減震技術(shù)也無(wú)法使用，在這種情況下，分別對(duì)原結(jié)構(gòu)梁柱進(jìn)行加固是最好的加固方法。

4.構(gòu)件的一些常規(guī)加固方法

（1）增大截面加固法

（2）置換混凝土加固法

（3）外部粘貼加固法

（4）繞絲加固法

（5）高強(qiáng)鋼絲繩網(wǎng)片—復(fù)合砂漿外加層加固法

（6）預(yù)應(yīng)力加固法

（7）增設(shè)支點(diǎn)加固法

5.與結(jié)構(gòu)加固方法配合使用的技術(shù)

（1）裂縫修補(bǔ)技術(shù)

主要有兩類(lèi)：一是以保護(hù)鋼筋不受侵蝕、混凝土不滲漏為目的的表面封閉法和填充密封法。二是在保護(hù)鋼筋的同時(shí)，還要求通過(guò)注入補(bǔ)強(qiáng)作用的膠粘劑以恢復(fù)混凝土強(qiáng)度的壓力注漿法或注射法。

（2）錨固技術(shù)

主要指植筋技術(shù)和錨栓技術(shù)。

（3）阻銹技術(shù)

防治已有混凝土結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的鋼筋銹蝕，宜采用能有效抑制或阻斷有害離子。

6.構(gòu)件加固應(yīng)注意的問(wèn)題

對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固涉及的因素很多，根據(jù)現(xiàn)有的研究成果，結(jié)合切身體會(huì)，我對(duì)在構(gòu)件加固中應(yīng)注意的主要問(wèn)題初步歸納如下。

（1）深入調(diào)查，全面掌握待加固結(jié)構(gòu)的情況，為抗震加固提供可靠的原始資料，總體方案上要么側(cè)重于提高承載力，要么側(cè)重于提高結(jié)構(gòu)的變形能力，或者兩者兼?zhèn)?，也可改變結(jié)構(gòu)體系，而不必進(jìn)行梁、柱的普遍加固，如增設(shè)抗震墻等。

（2）抗震加固結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)與新建結(jié)構(gòu)不同，加固結(jié)構(gòu)屬于二次受力結(jié)構(gòu)和二次組合結(jié)構(gòu)，新舊兩部分存在應(yīng)力、應(yīng)變滯后的問(wèn)題，加固前因結(jié)構(gòu)抗震承載力不夠，構(gòu)件截面的應(yīng)力水平相當(dāng)高，當(dāng)卸載后原結(jié)構(gòu)已經(jīng)受力，第二次加載，新加部分才開(kāi)始受力，因此原結(jié)構(gòu)的截面應(yīng)力、應(yīng)變值始終高于新加部分的應(yīng)力、應(yīng)變值，當(dāng)原結(jié)構(gòu)部分已經(jīng)達(dá)到截面承載力時(shí)，新加部分的承載能力還沒(méi)有完全發(fā)揮出來(lái)；新加部分和原結(jié)構(gòu)整體工作時(shí)，結(jié)合面受力特別復(fù)雜，剪切破壞最易發(fā)生，因此兩部分共同受力是否良好取決于結(jié)合面的做法?？拐鸺庸讨锌紤]到以上兩個(gè)因素是客觀存在的，采用折減系數(shù)0.85考慮其影響。有關(guān)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，卸載對(duì)加固結(jié)構(gòu)承載力提高的影響與原結(jié)構(gòu)在加固時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變水平關(guān)系很大，原結(jié)構(gòu)應(yīng)力、應(yīng)變水平越低，加固部分的承載力就越能發(fā)揮出來(lái)。因此，加固前應(yīng)盡量對(duì)原結(jié)構(gòu)卸載。

（3）遵循結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的加固，要從提高房屋整體抗震性能出發(fā)，防止加固后形成樓層承載力、剛度分布不均勻，遵循“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)結(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固”的原則，保證加固后的結(jié)構(gòu)具有較好的延性，在地震作用下具有較大的內(nèi)力重分布和耗散地震能量的能力。

7.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，結(jié)構(gòu)抗震加固，往往不是單一采用某一種方法，而是多種方法相互配合使用，但無(wú)論采用何種方法，我們都要根據(jù)結(jié)構(gòu)具體情況，遵循抗震設(shè)計(jì)基本原則，采用先進(jìn)理論和技術(shù)，利用結(jié)構(gòu)抗震基本原理，給予具體分析和處理。

參考文獻(xiàn)：

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